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雙曲線無脊薄壁堰在井口泥漿流量測量的應(yīng)用

點擊次數(shù)：2289 發(fā)布時間：2020-08-12 16:19:07

為了制造井口泥漿流量計的一次儀表，*先要解決一次儀表的關(guān)鍵部位-薄壁堰的過水?dāng)嗝鎲栴}。要求過水?dāng)嗝娴男螤钅苁沽髁?Q)與水頭(H)之間的關(guān)系成正比例變化，以便測得穩(wěn)定的準(zhǔn)確的連續(xù)流量和簡化一次儀表上的轉(zhuǎn)換器制造。為此，筆者設(shè)計了過水?dāng)嗝嫘螤睿⑼ㄟ^室內(nèi)實驗，得到了較為理想的85-01號薄壁堰。但要應(yīng)用于流量計的一次儀表還有待進(jìn)一步研究。
1、試驗?zāi)康?br /> 在鉆進(jìn)過程中，及時掌握井口泥漿流量的變化情況，對分析井下地層有無漏失、井涌以及優(yōu)選有關(guān)參數(shù)實現(xiàn)平衡地層壓力鉆井具有重要意義。目前，在開口槽中測量泥漿瞬時流量的一次儀表上，只有幾種不同形狀的薄壁堰（矩形、直角三角形和梯形等），它們的流量和水頭的變化均為指數(shù)變化關(guān)系，即非線性變化，所以滿足不了連續(xù)測量的需要。重慶石油儀修廠于1971年在試制全自動氣測儀的過程中，筆者曾提出以雙曲線薄壁堰做井口泥漿流量計的一次儀表的方案。經(jīng)過室內(nèi)水力學(xué)實驗和現(xiàn)場生產(chǎn)試驗，表明這種有脊的雙曲線薄壁堰的流量與作用水頭之間的變化關(guān)系基本上是線性的；流量系數(shù)隨作用水頭的升高略有增大，但在泥漿槽中工作時，堰口下面的脊（堰口底邊離水槽底的高度）阻擋了泥漿，產(chǎn)生了沉沙，需要每隔一定時間清除一次沉沙（見圖1）。顯然，這樣的一次儀表不受現(xiàn)場工作人員所歡迎。近來，又設(shè)計出下方開有補(bǔ)償孔的無脊雙曲線薄壁堰，進(jìn)行了水力學(xué)實驗（見圖2）。

2、雙曲線薄壁堰及其補(bǔ)償?shù)卓椎墓ぷ髟?/div>

1.雙曲線薄壁堰的線性流量特征

如圖3所示，當(dāng)薄壁堰口尺寸的變化關(guān)系為雙曲線

時，由于流速

故流量Q

（1）式表明，雙曲線薄壁堰的通過流量與作用水頭之間，具有線性變化關(guān)系。

2.矩形底孔的補(bǔ)償作用

根據(jù)雙曲線薄壁堰口尺寸變化關(guān)系為

即縱坐標(biāo)y值趨近于零時，橫坐標(biāo)x值趨近無窮大。這在堰板的實際制作上是無法實現(xiàn)的。若將堰口曲線的*低縱坐標(biāo)取為yo，在yo一下至（-yo）增開一矩形，即高為2yo，寬為2x。的補(bǔ)償孔，從數(shù)學(xué)上可以證明，坐標(biāo)原點以下所增大的矩形面積（A補(bǔ)）正好等于舍去的曲邊面積（A補(bǔ)）。由圖3可知

（2）與（3）式比較可得

A內(nèi)=A補(bǔ)=A外

3、試驗方法及結(jié)果

為了分別進(jìn)行有補(bǔ)償孔和無補(bǔ)償孔兩種情況下無脊雙曲線薄壁堰的流量特性試驗，用尺寸縮小成1/10的模型進(jìn)行室內(nèi)水力學(xué)實驗。如圖4所示，將兩種薄壁堰（見圖5和圖6）焊接在水槽出口處。實驗結(jié)果見表1和表2。

4、初步認(rèn)識

用85-01號和85-02號兩種雙曲線薄壁堰，在試驗水槽端安裝成無脊有補(bǔ)償孔和無補(bǔ)償孔兩種情況，進(jìn)行了多次實驗，所得數(shù)據(jù)通過整理，畫出流量特性曲線，見圖7和圖8。

根據(jù)上述實驗，得到以下認(rèn)識：

1.具有補(bǔ)償?shù)卓椎碾p曲線無脊薄壁堰（見圖7），在作用水頭超過補(bǔ)償孔以上時，通過流量與作用水頭之間具有較好的線性變化關(guān)系，其流量系數(shù)K值基本保持在20.5cm³/s·mm左右。

2.無補(bǔ)償?shù)卓椎碾p曲線無脊薄壁堰，見圖8，其流量與作用水頭之間變化關(guān)系基本上是線性的，流量系數(shù)K值隨作用水頭升高略有增大。

3.無脊雙曲線薄壁堰在工作時對液流中的泥沙無阻擋作用，可用于開口槽中測量含有固體顆粒的液體流量。

4.具有補(bǔ)償孔的雙曲線無脊薄壁堰，在作用水頭很低的情況下其流量與作用水頭之間的變化關(guān)系是非線性的。但在高作用水頭下其流量系數(shù)K卻保持不變，這與鉆井條件下井口流量大，作用水頭高德情況相一致。故此種雙曲線無脊薄壁堰作為井口泥漿流量連續(xù)測量的一次儀表是比較適合的。

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